CN101589233B

CN101589233B - 隔膜泵

Info

Publication number: CN101589233B
Application number: CN2008800027030A
Authority: CN
Inventors: 山本满; 村田一仁; 北城荣
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2028-01-15
Also published as: WO2008090725A1; JP5407333B2; US20100074775A1; CN101589233A; JPWO2008090725A1; US8308453B2

Abstract

泵室(15)形成在压电振动器(7)和阀形成板(10)之间。阀形成板(10)包括在其中心部分处的流入开口(13)和在其周边部分处的排出开口(14)。排出开口(14)的直径被设定成大于流入开口(13)的直径。流入止回阀(11)和流出止回阀(12)布置在阀形成板(10)上。当流入止回阀(11)和流出止回阀(12)随着压电振动器(7)的振动打开和闭合时，液体流入到泵室(15)和从泵室(15)排出。

Description

隔膜泵

技术领域

本发明涉及一种隔膜泵，例如，一种在水冷型冷却系统中使用的小且薄的隔膜泵，所述冷却系统冷却电气设备或电子元件中的热量产生主体。

背景技术

例如，在诸如个人电脑的电子设备中，由于运行速度的进步和功能的扩充，以及对设备尺寸减小的需要，传统的空气冷却型冷却系统不再有效，并且水冷型冷却系统正在代替所述传统的冷却型冷却系统。水冷型冷却系统通常包括组装有压电振动器或振动泵室壁的类似振动器的隔膜泵，从而吸入和排出液态流体。图11是传统采用的普通隔膜泵的横截面图。如图11中所示，外壳40包括与泵室45连通的孔口，并且安装流入止回阀41和流出止回阀42以遮盖相应的孔口。入口端口43和出口端口44设置在外壳40的相应端部处。在外壳40上方，通过泵室紧密密封件46定位压电振动器47，并且压电振动器47的端部被泵盖48压紧固定。

在如此构造的隔膜泵中，当通过电流启动压电振动器47以使所述压电振动器上下交替振动时，导致流入止回阀41和流出止回阀42交替地打开(交替地闭合)，使得通过入口端口43引入的冷却流体流动通过泵室45并通过出口端口44排出。在流体正在被输送的同时，包含在流体中的气泡也移动到泵室内并从泵室移出。优选的是从泵室迅速地排出气泡，因为气泡的存在影响流体的输送特性。因此，迄今为止已经对用于平稳地将气泡从泵室排出的测量做出各种建议。

例如，专利文献1教示了通过绕泵室设置的加热器增加泵室中的压力，从而排出气泡。专利文献2提出在泵室的进气阀和排气阀之间形成沟槽，以增加流体的流动速度并从而排出气泡，并且使排气阀位于高于进气阀的位置处以使气泡漏出。此外，专利文献3提出一种以大曲率朝向泵室的周边部分将流体引入到泵室中，从而有助于排出气泡。

隔膜泵是可变容积泵，并且较高的排出压力是所述隔膜泵的一个特征。通常，提供更高排出压力的泵可以通过出口端口迅速地排出已经侵入到泵室内的气泡。然而，即使在提供高排出压力的隔膜泵的情况下，在当泵连接到施加高流动阻力(压力损失)的通道时气泡侵入到泵室内的情况下，气泡也会使泵的排出压力产生不均匀性这样的缺点，从而降低流量。典型地通过压电泵例示的传统隔膜泵通常包括在泵室的端部处的入口端口和在另一端部处的出口端口，或者在相应的端部处的两个端口。此外，入口端口和出口端口具有相同的口径。因此，一旦已经侵入到泵室内的气泡由于在室内的流动状态的影响以及流体的粘度和表面张力的影响而沿着泵室的周边部分滞留，并难以被排出。已经分别对根据专利文献1-3的隔膜泵进行了一些改进，但还不完美。

本发明的目的是解决上述传统技术易于出现的问题，并提供一种高度可靠的隔膜泵，所述隔膜泵能够迅速地排出已经侵入到泵室内的气泡，从而在稳定流量下确保性能。

[专利文献1]JP-A No.2005-133704

[专利文献2]JP-A No.2003-035264

[专利文献3]WO2001/066947

发明内容

根据本发明提供一种隔膜泵，所述隔膜泵包括：泵室，所述泵室包括作为壁板的弯曲振动型膈膜振动器；设置在泵室中的入口端口和出口端口；和止回阀，所述止回阀分别设置在入口端口和出口端口处，从而通过由膈膜振动器的振动产生的吸入和排出的泵送操作输送流体；其中入口端口位于泵室的中心部分，而出口端口以多个形式位于泵室的周边部分附近。

优选地，入口端口和出口端口位于与膈膜振动器相对的、泵室的壁板上。优选地，平行于膈膜振动器截得的泵室的横截面是圆形或具有圆形顶点的正多边形。更优选地，入口端口包括多个孔口，所述多个孔口的直径小于出口端口的直径。

已经侵入到隔膜泵型压电泵的泵室中的气泡，由于所述泵室内的流动状态和流体的粘度和表面张力的影响而易于留在泵室的周边部分附近。因此，作为根据本发明的结构，靠近泵室的周边部分设置多个出口端口以帮助排出气泡。此外，与仅设置单个出口端口的情况相比，这种结构提供较大总面积的出口端口，与相同尺寸和形状的压电泵相比较，这有助于最小化泵固有的压力损失，从而有助于增加流量。

此外，因为朝向泵室的入口端口包括多个孔口，所述多个孔口的直径小于出口端口的直径，所以气泡在引入到泵室中时可以被破坏成较小的气泡，并且被破坏的气泡可以通过较大直径的出口端口更容易地排出。

在根据本发明的隔膜泵中，朝向泵室的入口端口位于所述泵室的中心部分处，而远离泵室的多个出口端口被定位成靠近所述泵室的周边部分。这种结构可防止泵室中的流体的流动停滞，从而有助于将已经侵入到泵室内的气泡排出。因此，可以在稳定的流量下运行泵。

附图说明

图1是显示根据本发明的第一示例性实施例的隔膜泵的横截面图；

图2是显示根据本发明的第一示例性实施例的阀主板和止回阀的分解透视图；

图3(a)和3(b)是显示根据本发明的第一示例性实施例的流入止回阀的闭合状态和打开状态的视图；

图4是从底部看时显示根据第一示例性实施例的阀主板的平面图；

图5(a)和5(b)是从顶部和底部分别看时显示根据本发明的第二示例性实施例的阀主板的平面图；

图6是显示根据本发明的第三示例性实施例的阀主板和止回阀的分解透视图；

图7(a)和7(b)是分别显示根据本发明的第三示例性实施例的流出止回阀的闭合状态和打开状态的横截面图；

图8(a)-8(c)是分别显示根据本发明的第三示例性实施例的阀主板的变形的部分平面图；

图9(a)和9(b)是分别显示根据本发明的第三示例性实施例的阀主板的变形的部分平面图；

图10是显示本发明的第四示例性实施例的基本部分的分解透视图；以及

图11是显示传统的隔膜泵的横截面图。

具体实施方式

以下，参照附图基于隔膜泵型的压电泵详细说明本发明的示例性实施例。

[第一示例性实施例]

图1是显示根据本发明的第一示例性实施例的压电泵的横截面图，图2是显示构成压电泵的基本部分的阀主板10和止回阀(流入止回阀11和流出止回阀12)的分解透视图。

在图1图2中，附图标记1表示泵壳，2表示泵出口端口的防渗漏分隔密封件，3表示泵入口端口的分隔密封件，4表示泵入口端口，5表示泵出口端口，6表示泵室的防渗漏分隔密封件，7表示压电振动器，8表示减振器，9表示泵盖，10表示阀主板，11表示流入止回阀，12表示流出止回阀，13表示入口端口，14表示出口端口，以及15表示泵室。

在图1中所示的压电泵中，一旦将电场施加到压电振动器7，压电振动器7就会发生弯曲振动。在压电振动器7变形而向上突出时，流入止回阀11打开，使得流体流动通过泵入口端口4并进入到泵室15内。此时，流出止回阀12被吸向阀主板10，以封闭出口端口14，由此防止流体流出泵室15。然后，在压电振动器7变形而向下突出时，流出止回阀12受压打开，使得流体流出泵室15并通过泵出口端口5排出。此时，流入止回阀11闭合。这种动作的重复构成吸入-排出循环，从而执行作为泵的功能。要注意的是在根据本发明的隔膜泵中，多个入口端口13位于被设置成与压电振动器7相对的阀主板10的中心部分处，并且多个出口端口14沿着阀主板10的周边部分定位。

图3(a)和3(b)示出了在入口端口13周围的阀主板10的一部分的放大图。图3(a)包括从封闭状态下的入口端口13的附近的底部看时的横截面图(上图)和平面图(下图)，并且图3(b)是打开状态下的横截面图。入口端口13沿着同一圆的圆周排列，所述圆被定位成使其中心与阀主板10的中心重合，并且每一个入口端口的直径都小于出口端口14的直径。打开和封闭入口端口13的流入止回阀11包括阀固定基部11a，所述阀固定基部用作用于如图3(b)中所示将阀固定基部11a周围的部分提起、从而打开入口端口13的支点。为了能够进行这种动作，流入止回阀11可以由大约0.1mm-0.5mm厚的薄树脂膜(例如，合成橡胶或者聚酰亚胺)构成。以下参照图2和图4说明为出口端口14设置的止回阀12的结构。图4是在止回阀14连接到阀主板10的情况下所述阀主板的底部平面图。如图中所示，多个出口端口14沿着阀主板10的周边部分排列，并且流出止回阀12设置成遮盖相应的孔口。流出止回阀12包括遮盖构成出口端口14的每一个孔口的阀部分和共同地连接这些阀部分的圆形部分。流入止回阀12通过诸如点焊的焊接技术将圆形部分连接到阀主板10而连接到阀主板10。流出止回阀12通过在诸如大约0.02mm-0.03mm厚的不锈钢薄片的薄金属板上进行刻蚀过程而整体地形成期望的形状，以使通过焊接或类似操作的连接操作变得容易。这种结构允许引入到泵室15中的流体通过出口端口14排出，而没有停滞。将要侵入到泵室15内的气泡在进入泵室15时通过较小直径的入口端口13被破坏成较小的气泡。已经如此侵入到所述泵室中的气泡通过沿着阀主板10的周边部分开口的多个出口端口14被迅速地排出泵。因此，可以稳定泵送动作，并且也可以稳定地保持流量。此外，与同样或类似尺寸的传统压电泵的出口端口相比较，可以保证出口端口14的较大总面积，这使流体的流量增加到传统隔膜泵的流量的大约1.5-3倍。

[第二示例性实施例]

图5(a)和5(b)分别是从顶部和底部看时显示根据本发明的第二示例性实施例的阀主板10的平面图。在图5(a)和5(b)中，与图1和图2中所示的上述实施例的构成部分相同的构成部分采用相同的附图标记，并且相同的说明不再重复。根据上述实施例的压电泵的泵室具有圆形横截面，因此阀主板也是圆形的，然而在此实施例中，泵室和阀主板是具有圆角的方形。在此实施例中，出口端口14的形状类似于等腰三角形并位于阀主板的四个角，而其余部分的结构与第一示例性实施例的结构相同，并且打开和封闭入口端口13的流入止回阀11由树脂膜构成，而打开和封闭出口端口14的流出止回阀12由金属膜构成。

此实施例在用于安装泵的定位不接受圆形泵的这种情况下是有效的。虽然在第二示例性实施例中阀主板的平面视图形状通常是方形，但是根据本发明，所述形状不限于方形，而可以是诸如正六边形的不同多边形。此外，多边形的顶点没有必要是圆的。

[第三示例性实施例]

图6是显示根据本发明的第三示例性实施例的阀主板10和止回阀11、22的分解透视图。如图中所示，出口端口14是大致椭圆形的槽，并沿着泵室的外壁设置多个。这种槽形状有助于增加出口端口的面积，从而有助于排出已经侵入到泵室中的气泡。用于打开和封闭这种槽形状的出口端口14的流出止回阀22可以由大约0.1mm-0.5mm厚的树脂膜构成(例如，含氟树脂、乙丙橡胶(EPDM)、硅橡胶、聚酰亚胺树脂等)，所述树脂膜具有低弹性模量并紧紧地粘贴到阀主板，并且所述流出止回阀形成大致圆环形状。图7(a)和7(b)是分别显示流出止回阀22的闭合状态和打开状态的横截面图。可以通过使低弹性模量的树脂膜形成环形，并将突出形状的阀固定基部连接在环上的四个或更多个位置处获得流出止回阀22。流出止回阀22像桥一样关于用作支点(节点)的阀固定基部22a上下移动，从而打开和封闭出口端口14。这种结构可防止气泡留在泵室内，并从而恒定地稳定流量。

[第三示例性实施例的变形]

图8(a)、8(b)和8(c)是分别显示根据第三示例性实施例的阀主板10的平面图。虽然根据第三示例性实施例，阀主板10的出口端口14形成椭圆形槽，但是出口端口14的形状不限于椭圆形槽，而是只要槽沿着泵室的外壁以依照外壁的形状的形状形成都可以获得类似的优点。此外，在阀主板10具有类似于方形的形状的情况下，出口端口14可以是直线状或L形槽，如图9(a)和9(b)中所示。对于图8(a)-8(c)和图9(a)及9(b)中所示的阀主板10来说，如第三示例性实施例所述，遮盖出口端口14的流出止回阀由具有低弹性模量的树脂膜构成并形成环形。

[第四示例性实施例]

图10是显示根据本发明的第四示例性实施例的止回阀31、32和阀主板10的基本部分的分解透视图。在图10中，附图标记10表示阀主板，31表示流入止回阀，32表示流出止回阀，33表示引入流体分流板，以及34表示入口/出口板。阀主板10包括在所述阀主板的中心部分中的五个入口端口13和在所述阀主板的周边部分中的四个出口端口14。引入流体分流板33包括分流引入流体的十字形流体分流孔口13a、和出口端口14a，所述出口端口具有可防止干扰流出止回阀32的打开/闭合运动的尺寸。此外，入口/出口端口板34包括在所述入口/出口端口板的中心部分中的入口端口13b和在所述入口/出口端口板的周边部分中的四个出口端口14b。彼此粘附的三个板10、33、34可以通过粘合剂粘接，或可以通过插在所述三个板之间的诸如橡胶的密封材料压制或锻造。通过入口/出口端口板34的入口端口13b引入的流体通过引入流体分流板33的流体分流孔口13a分流，然后通过阀主板10的入口端口13流入到泵室内。因此，在将流体引入到泵室中之前，对引入流体进行分流有助于平稳地排出气泡，而不用管泵的安装方向，例如不用考虑泵是水平安装还是垂直安装。在实际上在垂直方向上安装泵的情况下，可防止气泡留在泵室中，由此可以恒定地保持稳定的流量。此外，在如上所述分流流体之后，将引入流体引入到泵室内允许以较短的间隔定位多个入口端口和出口端口，从而防止泵室内的流动停滞，因此有助于排出气泡。

虽然在上述实施例中采用压电振动器作为膈膜振动器，但是可以替代地采用通过绞链或类似装置将例如形状记忆合金、热变形装置或电气或机械旋转或往复运动的振动体的运动转换成膈膜振动器的弯曲振动的结构。在采用压电振动器的情况下，由于高转换效率，因此可以最小化功率消耗。

Claims

1.一种隔膜泵，包括：

泵室，所述泵室包括作为壁板的弯曲振动型膈膜振动器；

入口端口和出口端口，所述入口端口和所述出口端口设置在所述泵室中；和

止回阀，所述止回阀分别设置在所述入口端口和所述出口端口处，从而通过由所述膈膜振动器的振动产生的吸入和排出的泵送操作来输送流体；

其中，所述入口端口位于所述泵室的中心部分处，而所述出口端口以多个形式位于所述泵室的周边部分附近；

其中所述隔膜泵还包括：

阀主板，所述阀主板包括所述入口端口和所述出口端口；

引入流体分流板，所述引入流体分流板包括朝向所述入口端口分流引入流体的引入流体分流孔口和与所述出口端口连通的第二出口端口；和

入口/出口端口板，所述入口/出口端口板包括与所述引入流体分流板的所述引入流体分流孔口连通的第二入口端口、和与所述引入流体分流板的所述第二出口端口连通的第三出口端口；

其中，所述阀主板、所述引入流体分流板和所述入口/出口端口板以所述阀主板、所述引入流体分流板和所述入口/出口端口板的顺序粘附。

2.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，

所述入口端口和所述出口端口位于与所述膈膜振动器相对的、所述泵室的壁板上。

3.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，

平行于所述膈膜振动器截得的所述泵室的横截面是圆形或正多边形，或者为类似于圆形和正多边形的形状。

4.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，

所述入口端口和所述出口端口被定位成关于与所述膈膜振动器相对的、所述泵室的所述壁板的中心点对称。

5.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，

所述入口端口包括多个孔口，所述多个孔口的直径小于所述出口端口的直径。

6.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，

所述入口端口的所述止回阀包括用作支点的中心部分，所述止回阀的其余部分关于所述支点上下弯曲，并且所述止回阀基本上由树脂膜构成。

7.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，

所述出口端口的所述止回阀包括环形基部和从所述环形基部朝向所述多个出口端口径向延伸的多个止回阀部分，并且所述止回阀基本上由板状薄金属膜构成。

8.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，

所述出口端口的所述止回阀通过在板状薄金属膜上执行刻蚀过程而形成。

9.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，

所述出口端口是椭圆形槽，或者是沿着所述泵室的外壁依照所述泵室的形状形成的槽。

10.根据权利要求9所述的隔膜泵，其中，

所述出口端口的所述止回阀基本上由树脂膜构成，所述树脂膜形成共同连接所述多个出口端口的环形。

11.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，

为所述阀主板的每一个入口端口和每一个出口端口单独设置所述止回阀。

12.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，

所述引入流体分流板的所述第二出口端口具有能够防止干扰所述出口端口的所述止回阀的打开和闭合操作的形状。

13.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，

所述入口端口的所述止回阀位于所述阀主板上，而所述出口端口的所述止回阀位于所述引入流体分流板上。

14.根据权利要求1所述的隔膜泵，其中，

所述止回阀基本上由树脂膜构成。

15.权利要求1所述的隔膜泵，其中，

所述膈膜振动器由压电振动器驱动。